Nguồn: Blaustein MP Kao JPY Matteson DR. Cellular Physiology and Neurophysiology. Third ed. Philadelphia PA: Elsevier/Mosby; 2020.
Dịch bởi: BS. Thành Minh Khánh
Việc di chuyển qua màng tế bào của ion K+ góp phần quan trọng trong việc hình thành nên điện thế màng thế bào (điện thế cân bằng của K+, EK, gần với điện thế nghỉ màng tế bào), nhưng liệu chuyển động liên tục của các ion này (qua các kênh K+ rò rỉ từ nội bào ra ngoại bào) có làm thay đổi đáng kể nồng độ ion nội bào không?
Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần biết một tính chất quan trọng của màng sinh học: điện dung của màng tế bào (membrane capacitance), ký hiệu C. Điện dung của màng là đại lượng đặc trưng cho khả năng dự trữ điện tích q, được phân tách bởi màng tại một điện thế màng (Vm) nhất định:
C = q/Vm => q = C*Vm
Đơn vị của điện tích là coulomb, đơn vị của điện thế Vm là volt và đơn vị của điện dung là farad (F) với 1 farad = 1 coulomb/volt. Điện dung của màng sinh học thường là 10-6 F/cm2).
Với một tế bào hình cầu có bán kính 10mm có diện tích bề mặt màng là:
A = 4πr2 = 1257 μm2 = 1,257*10-5 cm2
Khi đó, điện dung của tế bào này là:
C = 10-6 F/cm2* (1,257 * 10-5 cm2) = 1,257 * 10-11 F
Nếu Vm ở tế bào này bằng với điện thế cân bằng của K+, EK = -89,1 mV = -0,0891 V, thì lượng điện tích được ngăn cách bởi màng tế bào này là:
q = C * EK = (1,257 * 10-11 F) * -0,0891 V = 1,120 * 10-12 coulombs
Để chuyển đổi lượng điện tích qua lượng K+ phải di chuyển từ nội bào ra ngoại bào để tạo nên điện thế cân bằng EK, chúng ta sử dụng hằng số Faraday (F = 96485 coulombs/mol):
Lượng K+ đã di chuyển từ nội bào ra ngoại bào là:
K+đã di chuyển = q/F = (1,120 * 10-12 coulombs) / (96485 coulombs/mol) = 1,161 * 10-17mol
Để đánh giá liệu 1,161 * 10-17 mol ion K+ rò rỉ có làm giảm đáng kể lượng ion K+ nội bào hay không, chúng ta cần tính số mole K+ hiện diện trọng tế bào lúc đầu. Số lượng mole K+ có trong nội bào là [K+]nội bào * Vtế bào.
Thể tích tế bào này là:
Vtế bào = (4πr3) / 3 = 4189 μm3 = 4,189 * 10-12 L
Tổng lượng K+ có trong nội bào của tế bào:
K+nội bào = (0,140 mol/L) * (4,189 * 10-12 L) = 5,864 * 10-13 mol
Tỉ lệ phần trăm giữa lượng K+ đã di chuyển ra ngoại bào so với lượng K+ ban đầu là:
K+đã di chuyển / K+nội bào = (1,160 * 10-17 mol) / (5,864 * 10-13 mol) = 1,979 * 10-5 = 20/1.000.000 = 0,002%
Với mỗi 1 triệu ion K+ nội bào thì chỉ có khoảng 20 ion K+ (~0,002%) bị rò rỉ ra ngoài để tham gia hình thành điện thế cân bằng của K+ (EK = -89,1 mV). Có thể thấy sự dịch chuyển của ion cần thiết để góp phần tạo ra điện thế màng Vm, mặc dù gây ra đáng kể về mặt điện học ở nội bào nhưng ít gây thay đổi về nồng độ ion nội bào.
